[发明专利]连续制备硝基苯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过用混酸硝化苯来连续制备硝基苯的方法。在此方法中，硝化反应器上游的压力比分离粗硝基苯和废酸所用相分离装置中的气相压力高14-40巴。

发明背景

本发明制备硝基苯的连续方法基于苯与硫酸和硝酸的混合物(所谓的“混酸”)发生绝热硝化的思想。美国专利2256999第一次要求绝热硝化法的专利权。绝热硝化法的更近期的实施方式见述于例如EP 0436443B1、EP 0771783B1和美国专利6562247B2。在一些过程中，反应是绝热进行的，其不寻常之处在于，不需要采取技术手段给反应混合物供热或从反应混合物移热。

已知的绝热过程的一个共同特征是，苯和硝酸原料在大为过量的硫酸存在下反应。硫酸吸收了反应释放的热和反应形成的水。

为了进行反应，一般要混合硝酸和硫酸，形成所谓的混酸(也称硝化酸)，然后在混酸中计量加入苯。所得产物与硝酸或与混酸中大量形成的“硝鎓离子”反应，形成水和硝基苯。苯的用量至少为符合化学计量的量——基于硝酸的摩尔量——但优选比苯的化学计量需要量多2％-10％。

在描述硝化芳香烃的绝热法的质量时，最重要的标准是产物中不需要的副产物的含量。这样的副产物是芳香烃或硝基芳香烃化合物反复硝化或氧化形成的。在苯的硝化中，总是要讨论二硝基苯和硝基苯酚，尤其是三硝基苯酚(苦味酸)的含量，其中三硝基苯酚被定为炸药。

为了获得具有特别高的选择性的硝基苯，人们已经详细讨论了要用的混酸的性质(参见例如EP 0373966B1、EP 0436443B1和EP 0771783B1)。已经有人指出，副产物的含量取决于反应混合物达到的最高温度(EP0436443B1，第15列，第22-25行)。还知道，高起始转化率对高选择性是有利的，此高起始转化率可通过在反应开始时进行最佳混合来实现(EP0771783B1，第[0014]段)。

芳香化合物在混酸中的起始混合(分散)和反复混合(再分散)的廉价、高效配置是许多研究的主题。结果，有人提出使用混合喷嘴(EP 0373966B1、EP0771783B1)和专门形成的静态分散元件(EP 0489211B1、EP 0779270B1、EP 1291078A1和美国专利6562247B2)。还有可能将这两种想法综合起来。

若用静态混合元件(分散元件)进行混合，这些静态混合元件处的压力损失对于混合质量来说是关键因素。反应器上游的压力必须至少等于反应器中所有分散元件的压力损失之和。其他因素也必须加以考虑。这样的因素包括反应器中液柱的静态压力和相分离装置中的压力。在本发明范围内，“反应器上游的压力”应理解为液体原料在马上进入反应器之前以及正在进入反应器时所处的绝对压力。

根据现有技术的教导，在反应器上，以及在合适情况下，在连接于反应器下游的其他装置上的总压力损失(相应地还有反应器上游的压力)应保持尽可能低。参见例如EP 1291078A2第[0017]段。另一个例子见述于EP 2070907A1，据该专利揭示，由于金属硫酸盐沉积在分散元件中，反应器上游的绝对压力从13.5巴上升至14.5巴，导致硫酸通过量下降约18％(实施例1)。因此，现有技术表明，应避免反应器上游的高压力损失和相应的高绝对压力。

利用合适的喷嘴而不用静态分散元件混合芳香化合物和混酸的例子见EP0373966B1。该专利给出0.689巴至13.79巴的范围作为合适的工作压力范围。“背压”等于喷嘴中的反压，即液体原料流(芳香化合物或混酸)进入反应器时的压力，它等于反应器上游所涉原料流的压力(第5页，第12-13行)。该专利还指出，在正常条件下，高于11.03巴的压力是没有必要的(第5页，第15-16行)。

由于在给定条件下，苯在反应器进口处应为液体形式，因此还为反应器上游的压力建立了可能的下限(美国专利4091042，第2列，第14-17行)。至于可能的上限，应当指出的是，根据现有技术，每个静态分散元件的压力损失应保持尽可能低，其原因是，为了克服更高的压力损失，需要例如具有更高功率的泵，这反过来导致整体工艺成本上升(EP 1291078A2，第[0017]段)。另外，人们一般优选尽力使分散元件的数量和厚度(稳定性)保持尽可能低，从而最大程度降低分散元件的成本，所述分散元件常常用特殊的钽材料生产。(EP 1291078A1，第[0018]段)